Pragas e as defesas das plantas contra eles impulsionam a diversidade nas florestas tropicais

A diversidade das florestas tropicais por mais de um século; 650 espécies diferentes de árvores podem existir em uma área que cobre dois campos de futebol, mas espécies similares nunca crescem próximas umas das outras. Parece que é bom ser diferente dos seus vizinhos, mas por quê?

CMisteriosBlog

Publicada em 2019-03-16

Modificada em 2019-03-16

Plantas e animais

Pesquisadores ficaram perplexos com a diversidade das florestas tropicais por mais de um século; 650 espécies diferentes de árvores podem existir em uma área que cobre dois campos de futebol, mas espécies similares nunca crescem próximas umas das outras. Parece que é bom ser diferente dos seus vizinhos, mas por quê?

Crescer em uma floresta tropical é se envolver em guerras constantes. As plantas lutam por recursos, como luz solar, água e minerais. Espécies arbóreas similares competem por recursos da mesma maneira, então elas podem inibir o crescimento umas das outras. Plantas também lutam contra pragas herbívoras. Árvores relacionadas compartilham as mesmas pragas e doenças - se a pessoa obtiver, a infestação pode se espalhar. Os cientistas perguntaram: "Qual é o principal fator na diversidade da floresta tropical - competição por recursos ou pragas de herbívoros?"

Pela primeira vez, os biólogos da Universidade de Utah compararam os dois mecanismos em um único estudo.

A equipe analisou como as árvores vizinhas influenciam o crescimento e a sobrevivência de nove espécies coexistentes do gênero Inga na floresta tropical do Panamá. Eles compararam traços de árvores para aquisição de recursos, defesas contra herbívoros e os herbívoros que vivem nas plantas. Eles descobriram que as árvores vizinhas eram basicamente as mesmas em termos de aquisição de recursos, mas tinham defesas e herbívoros muito diferentes. De fato, as características defensivas e pragas compartilhadas impactaram o crescimento e a sobrevivência, enquanto as características de aquisição de recursos não tiveram efeito sobre o sucesso das plantas. Esses resultados indicam que qualquer coisa que afete as populações de pragas, como as mudanças climáticas ou a fragmentação de habitats, terá um impacto na saúde da floresta tropical.

"Trabalhar nessas florestas tropicais hiper-diversificadas torna bem claro o quão complexa é a rede de espécies que interagem. Nenhuma espécie ou indivíduo vive em isolamento. Em todos os níveis dentro da cadeia alimentar, as espécies competem umas com as outras por recursos preciosos e contribuem uma enorme quantidade de energia para se defender da barragem de inimigos que enfrentam, disse Dale Forrister, doutorando na Escola de Ciências Biológicas da Universidade de Utah e principal autor do estudo. "Estamos entusiasmados com este estudo porque destaca algumas das maneiras importantes pelas quais essas interações antagônicas podem influenciar a diversidade tropical ".

É uma selva lá fora

A equipe realizou sua análise durante cinco anos dentro de um terreno florestal de 50 hectares na Ilha de Barro Colorado, no Panamá. O site tem dados de crescimento e sobrevivência para mais de 423.000 árvores de um estudo anterior de longo prazo. Os pesquisadores analisaram cada broto de árvore individual das espécies de Inga focais e calcularam a similaridade das características de seus vizinhos Inga em uma "vizinhança" de 10 metros. Eles mediram quatro características de aquisição de recursos, cinco defesas anti-herbívoras e registraram quais herbívoros estavam comendo quais plantas.

Forrister desenvolveu um modelo complicado para determinar como as árvores vizinhas influenciam o crescimento e a sobrevivência das mudas. Eles descobriram que as características de aquisição de recursos não tiveram efeito sobre a sobrevivência, enquanto traços defensivos e herbívoros tiveram um grande impacto.

Existem apenas muitas maneiras de adquirir recursos. Traços defensivos, no entanto, são quase infinitos. Plantas e herbívoros estão em uma corrida armamentista constante para se superarem mutuamente. As plantas desenvolvem traços para deter as mandíbulas famintas, e os herbívoros se adaptam para lidar com as defesas da folha. O gênero Inga tem um arranhão de características anti-herbívoras, incluindo minúsculos pêlos, copos de néctar que atraem protetores de formigas belicosos e, mais notavelmente, folhas cheias de compostos venenosos. Cada espécie de Inga pode fazer centenas ou às vezes milhares de diferentes toxinas.

"As pessoas podem pensar em uma selva como se fosse uma saladeira gigante. Deve ser um paraíso para as pragas porque elas estão cercadas de folhas. Mas as plantas têm um número infinito de combinações de defesa - metade do peso de uma folha jovem é veneno". disse Phyllis Coley, eminente professor de biologia na Universidade de Utah, afiliada de pesquisa do Smithsonian Tropical Research Institute e co-autora do estudo. "Como conseqüência da diversidade de defesas, cada espécie de herbívoro só pode comer algumas espécies de plantas para as quais elas têm adaptações."

Plantas intimamente relacionadas têm características defensivas semelhantes e, portanto, pragas semelhantes. Se uma planta difere do seu vizinho em termos de defesa, seus herbívoros não são uma ameaça, continuou Coley. "Você terá seus próprios herbívoros, mas pelo menos você não terá todas as criaturas do bairro comendo você."

Compostos químicos confundindo

As toxinas vegetais são as armas mais importantes para as plantas tropicais, mas testar a similaridade das substâncias químicas de cada espécie mostrou-se problemático. Ao longo de cinco anos, os pesquisadores coletaram amostras de folhas no campo, secaram-nas em uma sacola dessecadora improvisada (nada fácil em 100% de umidade) e depois as levaram para o U para análise. Usando cromatografia líquida de alta performance, eles separaram todos os compostos distintos dentro das folhas. No entanto, apenas 4% dos compostos Inga eram conhecidos pela ciência. Então, a equipe foi criativa e criou uma nova métrica. Eles usaram um espectrômetro de massa para determinar a estrutura química de cada composto e estabeleceram que compostos com estruturas semelhantes provavelmente afetariam os herbívoros de maneira semelhante.

"A Metabolômica, um campo relativamente novo da ciência, oferece aos cientistas uma nova e poderosa caixa de ferramentas para examinar a vasta diversidade química que existe. Os produtos químicos desempenham um papel enorme na natureza, das defesas à comunicação, o meio pelo qual as espécies interagem. Ser capaz de quantificar isso de uma maneira significativa fornece uma perspectiva realmente única ", disse Forrister.

Mas os herbívoros "se importam" com os traços que a equipe estava medindo e as espécies de Inga com traços similares compartilham os herbívoros? Para testar isso, eles coletaram lagartas que estavam comendo folhas de Inga e sequenciaram seu DNA para classificar cada uma como espécie A, espécie B, etc. Elas não conseguiam nomear a espécie porque a maioria das lagartas eram novas para a ciência. Eles catalogaram quais herbívoros estavam comendo quais plantas, correlacionaram o conjunto de compostos nas plantas e inferiram quais espécies de plantas compartilhavam as comunidades herbívoras.

Tanto a pesquisa de campo da velha escola quanto as técnicas modernas foram indispensáveis ​​para o sucesso desse projeto.

"Apesar das instalações de laboratório de última geração, não há substituto para passar meses e meses na floresta tropical", disse Coley. "Levamos vários anos para coletar dados e amostras de folhas e herbívoros. É quente, úmido e cheio de bugs, mas tentar entender a diversidade de espécies é o sonho de um biólogo." O estudo revela o papel significativo dos herbívoros na condução da diversidade nos ecossistemas tropicais, com fortes implicações - a perda dessas populações poderia ter conseqüências catastróficas nesses importantes habitats.

"Se as mudanças climáticas continuarem a aumentar a duração da estação seca nas Américas, então a dinâmica das populações de herbívoros também mudará", disse Coley. "Isso poderia ter implicações no caminho."

FONTE: Pests and the plant defenses against them drive diversity in tropical rainforests